سیستم مواد مدار مجتمع فوتونی (PIC)
فوتونیک سیلیکونی رشته‌ای است که از ساختارهای مسطح مبتنی بر مواد سیلیکونی برای هدایت نور جهت دستیابی به عملکردهای متنوع استفاده می‌کند. ما در اینجا بر کاربرد فوتونیک سیلیکونی در ایجاد فرستنده‌ها و گیرنده‌ها برای ارتباطات فیبر نوری تمرکز می‌کنیم. با افزایش نیاز به افزایش انتقال در یک پهنای باند مشخص، یک فضای اشغال شده مشخص و یک هزینه مشخص، فوتونیک سیلیکونی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر می‌شود. برای بخش نوری،فناوری ادغام فوتونیکباید استفاده شود، و امروزه اکثر فرستنده-گیرنده‌های همدوس با استفاده از مدولاتورهای جداگانه LiNbO3/مدار موج نوری مسطح (PLC) و گیرنده‌های InP/PLC ساخته می‌شوند.
شکل ۱: سیستم‌های مواد مدار مجتمع فوتونی (PIC) پرکاربرد را نشان می‌دهد.
شکل 1 محبوب‌ترین سیستم‌های مواد PIC را نشان می‌دهد. از چپ به راست، PIC سیلیکای مبتنی بر سیلیکون (که با نام PLC نیز شناخته می‌شود)، PIC عایق مبتنی بر سیلیکون (فوتونیک سیلیکونی)، نیوبات لیتیوم (LiNbO3) و PIC گروه III-V مانند InP و GaAs قرار دارند. این مقاله بر فوتونیک مبتنی بر سیلیکون تمرکز دارد. درفوتونیک سیلیکونی، سیگنال نوری عمدتاً در سیلیکون حرکت می‌کند که دارای شکاف نواری غیرمستقیم ۱.۱۲ الکترون ولت (با طول موج ۱.۱ میکرون) است. سیلیکون به شکل کریستال‌های خالص در کوره‌ها رشد داده می‌شود و سپس به ویفرهایی برش داده می‌شود که امروزه معمولاً ۳۰۰ میلی‌متر قطر دارند. سطح ویفر اکسید می‌شود تا یک لایه سیلیس تشکیل شود. یکی از ویفرها با اتم‌های هیدروژن تا عمق مشخصی بمباران می‌شود. سپس دو ویفر در خلاء ذوب می‌شوند و لایه‌های اکسید آنها به یکدیگر متصل می‌شوند. این مجموعه در امتداد خط کاشت یون هیدروژن می‌شکند. سپس لایه سیلیکون در محل ترک صیقل داده می‌شود و در نهایت یک لایه نازک از Si کریستالی روی ویفر "دسته" سیلیکونی دست نخورده روی لایه سیلیس باقی می‌ماند. موجبرها از این لایه کریستالی نازک تشکیل می‌شوند. در حالی که این ویفرهای عایق مبتنی بر سیلیکون (SOI) باعث ایجاد موجبرهای فوتونیک سیلیکونی با تلفات کم می‌شوند، در واقع به دلیل جریان نشتی کمی که ارائه می‌دهند، بیشتر در مدارهای CMOS کم‌مصرف استفاده می‌شوند.
همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اشکال مختلفی از موجبرهای نوری مبتنی بر سیلیکون وجود دارد. آنها از موجبرهای سیلیسی آلاییده شده با ژرمانیوم در مقیاس میکرو تا موجبرهای سیم سیلیکونی در مقیاس نانو متغیر هستند. با ترکیب ژرمانیوم، می‌توانآشکارسازهای نوریو جذب الکتریکیتعدیل کننده هاو احتمالاً حتی تقویت‌کننده‌های نوری. با آلایش سیلیکون، یکمدولاتور نوریمی‌توان ساخت. پایین از چپ به راست عبارتند از: موجبر سیم سیلیکونی، موجبر نیترید سیلیکون، موجبر اکسی‌نیترید سیلیکون، موجبر لبه سیلیکونی ضخیم، موجبر نیترید سیلیکونی نازک و موجبر سیلیکونی آلاییده. در بالا، از چپ به راست، مدولاتورهای تخلیه، آشکارسازهای نوری ژرمانیوم و ژرمانیوم قرار دارند.تقویت‌کننده‌های نوری.
شکل ۲: سطح مقطع یک سری موجبر نوری مبتنی بر سیلیکون، که تلفات انتشار و ضرایب شکست معمول را نشان می‌دهد.
زمان ارسال: ۱۵ ژوئیه ۲۰۲۴